CN109626416A - 一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备及方法，属于海绵钛生产技术领域。包括排气装置、炉顶、水冷导电棒、外壳、炉口、溢流管道、配电黏土砖及热电偶。本发明首先进行氯化处理，是将高钛渣和石油焦悬浮在熔盐介质中和氯气反应。在对废弃熔融物处理，温度应控制在720℃～770℃之间，并安装一个由液力排除炉缸、管道系统和沉淀槽组成的设备，使废弃物通过上部填料口定期的排放出。生成的气体蒸汽混合物也从上部排气装置排出。本发明利用在熔化型氯化炉中借助熔化氯盐来生产四氯化钛，简化凝结过程，解决了原料含Ca、Mg含量高、氯化速率慢的问题，从而获得纯度更高的四氯化钛产品。

Description

一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备及方法

技术领域

本发明属于海绵钛生产技术领域，涉及一种利用熔化氯盐生产四氯化钛的熔化型氯化炉设备及方法。

背景技术

四氯化钛作为一种生产海绵钛、钛白粉及三氯化钛的中间产品，同时也是溶解合成树脂、橡胶及塑料等多种有机物的良好溶剂，目前在化工、电子工业、农业及军事等方面有着广泛的用途。

目前来看沸腾炉氯化被欧美国家普遍采用，但此工艺主要适用于含钙、镁低的富态料和金红石生产四氯化钛，而且要求钛渣原料含TiO₂品位高。由于在使用的过程中会容易出现对原料要求高导致氯化处理缺陷，因而制约了它的发展。但是熔化型氯化炉中使用熔盐氯化除适用于富态料和金红石外，还可适用于含高钙镁钛渣生产四氯化钛。是解决富含高钙、镁钛原料氯化问题最现实和最有效的技术方法。我国的钛资源丰富，但钛矿的普遍特征是Ca、Mg含量高。随着湖南、广西和广东高品味钛矿资源的枯竭，采用熔化炉熔盐氯化法生产四氯化钛提高钛原料的利用率，降低排放物的氯含量，对于我国当前提高钛原料产能、降低环境污染具有重要的意义。是比较好的方法，此技术有待开发和成熟完善。

近年来研究发现熔化型氯化炉设备生产能够有效的缩短工艺流程、提高氯化速率以及废气以蒸汽混合物形式排放降低气体爆炸危害,具有提高四氯化钛纯度的能力。因而四氯化钛被广泛应用于生产海绵钛、钛白粉等，研究出性能优良的四氯化钛对海绵钛产业的发展至关重要。

目前国内外已有不少关于制备四氯化钛的设备，但是使用不同的制备设备与制备方法对四氯化钛结构、性能有很大的影响，并且会因不同制备设备而限制其纯度从而限制其应用。制备设备中主要有井型立式氯化炉、沸腾层床氯化炉、熔化型氯化炉等。在氯化的过程中选用哪种设备这取决于原始钛原料的成分和分散度。熔化型氯化炉是将高钛渣(粉末状含钛炉料)和石油焦悬浮在熔盐介质中，和氯气反应生成四氯化钛。它不同于在井型立式氯化炉中的移动床上，对块状炉料进行加氯处理的方法，也不同于在沸腾床上，对粉末状或颗粒状炉料进行加氯处理的方法。但它们大多都有对原料要求高，操作条件苛刻，产品性能不佳等缺陷。四氯化钛主要有三种生产方法，包括沸腾氯化法、竖炉氯化法和熔盐氯化法。其中竖炉氯化炉的氯化工艺流程长，产能小，劳动量大，所以很早竖炉氯化被淘汰。

熔化型氯化炉的截面具有可变性并带有异径管的熔炉，该管用于连接工作区和炉料装填区、氯化炉中蒸汽混合物的排放区。还装有水冷导电棒、溢流管道、热电偶等。在熔化型氯化炉中利用熔化氯盐来进行对粉末状含钛炉料的加氯处理。根据工艺指标和经济指标显示分析，这种方法比较有优势。与传统工业设备相比，极大地简化工艺流程、降低了过程准备炉料的成本、简化四氯化钛的凝结过程及可在温度极低的条件下进行氯化处理。在熔化型氯化炉的运转过程中废气中CO₂占有重要的地位，排除了易爆混合物形成的危险性。

目前在熔化型氯化炉中利用熔化氯盐来进行生产四氯化钛可以极大地简化流程、降低废气中混合气体爆炸的危险性及提高四氯化钛的纯度等方面的研究工作开展的还相对较少，在使用熔化型氯化炉制备产品方面的研究大部分处于探索状态，而在实际的应用方面的研究则相对缓慢。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用熔化氯盐制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，解决原料Ca、Mg含量高，氯化速率低等问题，获得低成本、纯度更高的四氯化钛，增加经济效益，将其应用到海绵钛产业中。

本发明的技术方案是：

一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，包括排气装置、炉顶、填料口、水冷导电棒、外壳、炉口、溢流管道、配电黏土砖及热电偶；该氯化炉的炉顶由耐火砖制成，炉身由钢板制成，炉身内壁的砌铺炉内衬由耐火黏土砖制成，砌铺炉内衬内壁紧贴人造石墨电极的外壳，外壳的内壁连接水冷导电棒，炉体下部两侧设置炉口用于通入氯气，炉口下方炉体底部连接热电偶用于测量熔融物温度；氯化炉的腔室内包括沿圆周通过立式壁隔离的工作区和中心处由高氧化铝条形砖制成的溢流管道；水冷导电棒的内侧紧贴立式壁；溢流管道作为氯化床将氯化炉腔室分成两侧对称结构，溢流管道贯穿整个腔室中央位置，穿过配电黏土砖到炉底；两侧腔室上方对应的炉顶两侧，一侧设置排气装置，另一侧设置填料口；填料口由管道连接带有调节传动装置的两个螺旋输送器，将物料送入腔室的溢流管道内。

上述制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，还包括凝结水系统，设置于炉顶上方的排气装置和填料口四周，用于降低排出物料温度，回收热量。

熔化型氯化炉是一个具有可变截面并带有异径管的熔炉，该管用于连接工作区和炉料装填区、氯化炉中蒸汽混合物的排放区。

上述制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备的操作方法，包括步骤如下：

(1)氯化处理：

首先在氯化炉炉顶上方填料口中填装炉料，炉料通过带有调节传动装置的两个螺旋输送器从上口进入氯化床；随后氯气由炉口向氯化炉的下方运动，由下口进入氯化床，此时正式开启配电设备进行氯化处理，氯化床中形成不同的熔融密度，使得在氯化炉内出现了熔融物的定向环流；

其次安装在氯化炉侧壁上的人造石墨电极通过加热熔化；水冷导电棒不仅用于在石墨方木中放热，同时还用于给熔融物加热；热电偶用于测量熔融物的温度，排气装置用于抽出气体。

(2)废弃熔融物处理：

通过氯化炉上部的排气装置和填料口作为熔融物的排出口；为了排出氯化炉中含有的大量氯化物的废弃熔融物，温度控制在720℃～770℃之间，并额外安装一个由液力排除炉缸、管道系统和沉淀槽组成的设备，使废弃物通过上部填料口定期排出，此时填料口换作出料口作用；生成的气体蒸汽混合物从上部排气装置排出；最终废弃熔融物通过污水处理系统进行处理，系统中产生的气体进入尾气处理系统进行处理后排放。

本发明的有益效果是：

现有技术中利用沸腾炉氯化过程中流程复杂程度高、废物中产生易爆炸的氯气、此设备获得的四氯化钛纯度低，而且难处理目前资源丰富的Ca、Mg含量高的钛矿，这本来是一种缺陷。而本发明正好利用沸腾炉氯化的这种缺陷，利用在熔化型氯化炉中借助熔化氯盐来生产四氯化钛，解决了原料含Ca、Mg含量高的问题，从而获得高纯度的四氯化钛产品。

现有技术中，在氯化过程中需将氯加工成块状炉料而且氯化过程慢这影响了纯度。本发明中由于缺少压制成块和焦化过程，可以极大地简化工艺流程，并可以降低在熔融中为氯化处理过程准备炉料的成本。在极高的单位产量和有效的热量交换和质量交换的条件下，进行温度调节这一问题的解决就变得更加容易。蒸汽混合物中的四氯化钛具有很高的分压力，这可以简化四氯化钛的凝结过程。而且本发明在温度极低的条件下，能够在熔融中进行氯化处理过程，使得工业上使用的四氯化钛中的氯化铝、氯化铁、氯化硅、含硫或含碳的有机混合物减少，便于之后的提纯。在熔化型氯化炉的运转过程排出的废气中二氧化碳占有重要的地位，其含量占废气的40％～50％。这排除了易爆混合物形成的危险性。例如，碳酰氯(光气)，并可以简化设备运行程序。

整个设备操作流程简单、材料成本低、易于操作、制得的四氯化钛纯度高，产量和性能有很大提高，增加经济效益。

附图说明

图1是本发明的制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备示意图。

图中：1排气装置；2炉顶；3填料口；4水冷导电棒；5外壳；6炉口(风口)；7氯化床(溢流管道)；8配电粘土砖；9热电偶。

具体实施方式

一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，包括排气装置1、炉顶2、填料口3、水冷导电棒4、外壳5、炉口6、溢流管道7、配电黏土砖8及热电偶9；熔化型氯化炉是一个具有可变截面并带有异径管的熔炉，该管用于连接工作区和炉料装填区、氯化炉中蒸汽混合物的排放区。

该氯化炉的炉顶2由耐火砖制成，炉身由钢板制成，炉身内壁的砌铺炉内衬由耐火黏土砖制成，砌铺炉内衬内壁紧贴人造石墨电极的外壳5，外壳5的内壁连接水冷导电棒4，炉体下部两侧设置炉口6用于通入氯气，炉口下方炉体底部连接热电偶9用于测量熔融物温度；氯化炉的腔室内包括沿圆周通过立式壁隔离的工作区和中心处由高氧化铝条形砖制成的溢流管道7；水冷导电棒4的内侧紧贴立式壁；溢流管道7作为氯化床将氯化炉腔室分成两侧对称结构，溢流管道7贯穿整个腔室中央位置，穿过配电黏土砖8到炉底；两侧腔室上方对应的炉顶两侧，一侧设置排气装置1，另一侧设置填料口3；填料口3由管道连接带有调节传动装置的两个螺旋输送器，将物料送入腔室的溢流管道7内。

凝结水系统，设置于炉顶上方的排气装置1和填料口3四周，用于降低排出物料温度，回收热量。

还设有污水处理系统和尾气处理系统，生产过程中的废气通过尾气处理系统处理，收尘渣可通过污水处理系统处理。

工作过程：

(1)氯化处理：

首先在氯化炉炉顶上方填料口中填装炉料，炉料通过带有调节传动装置的两个螺旋输送器从上口进入氯化床；随后氯气由钢制的或铁质的、或由风嘴磨石制成的炉口向氯化炉的下方运动，由下口进入氯化床，此时正式开启配电设备进行氯化处理，氯化床中形成不同的熔融密度，使得在氯化炉内出现了熔融物的定向环流。

其次安装在氯化炉侧壁上的人造石墨电极通过加热熔化；水冷导电棒不仅用于在石墨方木中放热，同时还用于给熔融物加热；氯化炉气腔的顶部同凝结水系统相连接，热电偶用于测量熔融物的温度，排气装置用于抽出气体。

(2)废弃熔融物处理：

通过氯化炉上部的排气装置和填料口作为熔融物的排出口；为了排出氯化炉中含有的大量(70％～75％)氯化物的废弃熔融物，温度控制在720℃～770℃之间，并额外安装一个由液力排除炉缸、管道系统和沉淀槽组成的设备，使废弃物通过上部填料口定期排出，此时填料口换作出料口作用；生成的气体蒸汽混合物从上部排气装置排出；最终废弃熔融物通过污水处理系统进行处理，系统中产生的气体进入尾气处理系统进行处理后排放。

Claims (3)

1.一种制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，其特征在于，包括排气装置(1)、炉顶(2)、填料口(3)、水冷导电棒(4)、外壳(5)、炉口(6)、溢流管道(7)、配电黏土砖(8)及热电偶(9)；该氯化炉的炉顶(2)由耐火砖制成，炉身由钢板制成，炉身内壁的砌铺炉内衬由耐火黏土砖制成，砌铺炉内衬内壁紧贴人造石墨电极的外壳(5)，外壳(5)的内壁连接水冷导电棒(4)，炉体下部两侧设置炉口(6)用于通入氯气，炉口下方炉体底部连接热电偶(9)用于测量熔融物温度；氯化炉的腔室内包括沿圆周通过立式壁隔离的工作区和中心处由高氧化铝条形砖制成的溢流管道(7)；水冷导电棒(4)的内侧紧贴立式壁；溢流管道(7)作为氯化床将氯化炉腔室分成两侧对称结构，溢流管道(7)贯穿整个腔室中央位置，穿过配电黏土砖(8)到炉底；两侧腔室上方对应的炉顶两侧，一侧设置排气装置(1)，另一侧设置填料口(3)；填料口(3)由管道连接带有调节传动装置的两个螺旋输送器，将物料送入腔室的溢流管道(7)内。

2.根据权利要求1所述的制备四氯化钛的熔化型氯化炉设备，其特征在于，还包括凝结水系统，设置于炉顶上方的排气装置(1)和填料口(3)四周，用于降低排出物料温度，回收热量。

3.权利要求1或2所述的制备的熔化型氯化炉设备的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)氯化处理：

首先在氯化炉炉顶上方填料口中填装炉料，炉料通过带有调节传动装置的两个螺旋输送器从上口进入氯化床；随后氯气由炉口向氯化炉的下方运动，由下口进入氯化床，此时正式开启配电设备进行氯化处理，氯化床中形成不同的熔融密度，使得在氯化炉内出现了熔融物的定向环流；

其次安装在氯化炉侧壁上的人造石墨电极通过加热熔化；水冷导电棒不仅用于在石墨方木中放热，同时还用于给熔融物加热；热电偶用于测量熔融物的温度，排气装置用于抽出气体。

(2)废弃熔融物处理：

通过氯化炉上部的排气装置和填料口作为熔融物的排出口；为了排出氯化炉中含有的大量氯化物的废弃熔融物，温度控制在720℃～770℃之间，并额外安装一个由液力排除炉缸、管道系统和沉淀槽组成的设备，使废弃物通过上部填料口定期排出，此时填料口换作出料口作用；生成的气体蒸汽混合物从上部排气装置排出；最终废弃熔融物通过污水处理系统进行处理，系统中产生的气体进入尾气处理系统进行处理后排放。